STUDI PENERAPAN IMAGE WATERMARKING PADA KEAMANAN ePASSPORT Riani Rilanda – NIM : 13505051 Program Studi Teknik Informatika, Institut Teknologi Bandung Jl. Ganesha 10, Bandung E-mail :
[email protected]
Abstrak Watermarking digital adalah suatu teknik untuk menanamkan pesan khusus pada sebuah pesan yang menunjukkan pembuat pesan atau pengguna yang berhak akan pesan tersebut, biasanya pesan khusus yang ditambahkan adalah pesan yang merupakan ciri khas dari pembuat pesan. Watermarking digital memiliki beberapa varian, tergantung dari media pesan yang digunakan, diantaranya image watermarking. Image watermarking adalah watermarking digital yang diterapkan pada pesan dengan media gambar. ePassport merupakan paspor yang mengandung electronic chip, dimana electronic chip tersebut mengandung informasi yang sama dengan yang tertera pada halaman paspor. Di dalam chip juga terdapat foto diri dari pemilik paspor. Makalah ini menjelaskan dan membandingkan teknik penerapan image watermarking pada ePassport yang dapat digunakan sebagai otentifikasi dari ePassport tersebut. Metode yang akan diperbandingkan adalah image watermarking menggunakan spread spectrum, quantization, dan amplitude modulation. Kata kunci: Image watermarking, ePassport.
1. Pendahuluan Paspor yang sudah ada sebelumnya berupa sebuah kertas kecil dengan kepala negara yang memberikan subjects dan favoured foreigners, dan memberikan hak akses bagi pemilik untuk melakukan perjalanan ke luar negaranya secara bebas. Kemudian kertas tersebut berkembang menjadi sebuah dokumen kecil seperti yang sudah diketahui sekarang ini. Di akhir 2006, paspor akan mengandung computer chips dan berkerja dengan perangkat lunak facial mapping untuk memverifikasi pemegang paspor tersebut. Di awal 2007, the Identity and Passport Service (IPS) telah berhasil mengenalkan rangkaian prosedur dan sistem untuk mencegah pemalsuan identitas dan paspor. Paspor baru ini berjudul biometric passport atau ePassport. Biometric passport memiliki desain baru dan fitur
keamanan yang telah dikembangkan dan tidak ada di dalam paspor yang sebelumnya. Halaman paspor yang baru memiliki desain yang rumit dan chip antena. Banyak kelebihan paspor ini dibandingkan paspor yang terdahulu, namun tetap saja masih banyak serangan yang mengenai paspor ini. Oleh karena itu, pada makalah ini akan dibahas mengenai bagaimana mengamankan paspor, terutama untuk digital signature, sehingga dapat dipastikan bahwa paspor tersebut memang dikeluarkan oleh negara yang tertulis di halaman awal dan paspor tidak pernah diubah sebelumnya sehingga dapat dipastika informasi dari identitas pemilik benar. Digital signature tersebut dapat dilakukan dengan melakukan image watermarking pada halaman-halaman paspor.
1
Image watermarking dapat dilakukan dengan berbagai macam metode, namun pada makalah kali ini hanya akan dibahas tiga buah metode, spread spectrum, quantization dan amplitude modulation. Dari ketiga metode tersebut, akan dicari metode mana yang paling pas, dari segi secure dan robust menahan serangan serta kualitas citra hasil, untuk digunakan sebagai digital signature pada ePassport. 2. Metode Image Watermarking Image watermarking yang handal harus memiliki sifat robust dan hidden yang tinggi. Adanya trade-off untuk mendapatkan robust dan hidden watermarking menyebabkan sulit mendapatkan teknik watermarking yang handal. Oleh karena itu akan dilakukan studi terhadap ketiga metode untuk melakukan image watermarking yaitu dengan spread spectrum, quantization dan amplitude modulation sehingga didapatkan metode yang paling robust dan hidden untuk nantinya diterapkan kepada keamanan ePassport.
2.1 Metode Spread Spectrum Metode spread spectrum digunakan untuk menyebarkan energi dari citra watermark ke seluruh frekuensi, sehingga energi pada sebuah frekuensi akan semakin kecil dan undetecable, dengan demikian akan menambah hidden citra watermark. Spread spectrum menjamin keamanan dari citra watermark karena lokasi dari watermark yang sudah disebar tidak jelas. Selain itu, spread spectrum juga menjamin robustness dari citra watermark karena untuk mengeliminasi sebuah watermark serangan harus ditujukan kepada seluruh kemungkinan frekuensi sehingga akan sangat banyak kemungkinan serangan yang harus dilakukan. Komunikasi spread spectrum menggunakan narrow-band signal yang ditransmisikan dengan bandwidth yang cukup besar sehingga energi sinyal yang ada pada sinyal frekuensi undetecable.
Gambar 1 Spread Spectrum menghasilkan v’, dengan scaling parameter berupa α dimana α akan mendeterminasikan nilai tambahan untuk merubah nilai x ke dalam v.
Cara kerja spread spectrum : -
-
-
Untuk menempatkan watermark berukuran n ke dalam citra NxN, NxN DCT dari citra akan dikomputasi dan watermark akan ditempatkan ke koefisien magnitude terbesar dari citra yang diubah sebanyak n. Watermark mengandung sekuens dari bilangan real X = x1, x2, x3, ..., xn, dimana setiap nilai dari xi dipilih secara acak tergantung kepada N(0,1) : normal distribution assumption. Watermark insertion : saat memasukkan x ke dalam v akan
(1) vi’ = vi + αxi (2) vi’ = vi (1 +αxi ) = vi +αxi vi (3) vi’ = vi ( e αxi ) or log vi’ = log vi + αxi -
Determinasi nilai α : nilai α yang tunggal mungkin tidak dapat diaplikasikan untuk mengubah semua menjadi vi. vi’ = vi (1 +αi xi )
2
dimana αi dapat dilihat sebagai relative measure dari banyaknya perubahan vi yang harus dirubah untuk mendapatkan kualitas terbaik. -
Pilihan n : pilihan dari n merupakan indikasi dari tingkat dimana watermark disebar pada komponen citra yang relevan. Pada umumnya, apabila nilai dari n semakin tinggi maka nilai perubahan yang harus dilakukan akan semakin kecil dan kemampuan untuk diserang semakin rendah.
2.2 Metode Quantization Image watermarking dengan vector quantization adalah penambahan bit watermark ke dalam dimensi informasi dari variable dimensi blok rekonstruksi dari cover atau citra masukan. Ekstraksi watermark untuk oblivious watermarking akan diselesaikan dengan cara mengidentifikasi dimensi dari blok rekonstruksi.
-
-
-
Partisi codebook menjadi beberapa cluster, bersifat sebagai codevectors yang tertutup. Setiap pasang codevectors di dalam cluster memiliki nilai ambang bawah Euclidean distance yang pasti. Masukkan codevectors sebagai blok input pada beberapa cluster, dengan cluster index i dan misalkan ukuran cluster sebesar 2n(i) n(i) bit integer g, informasi watermark akan ditambahkan dengan mengtransmisikan sebuah indeks yang berkoresponden ke (j+g) mod 2n(i)-th codevectors di dalam cluster yang sedang dilihat.
Skema yang diajukan di dalam vector quantization ini menghasilkan watermark yang tidak dapat dilihat secara langsung dengan visual. Identifikasi kerusakan yang terjadi pada citra juga dapat dideteksi dengan mudah, yaitu dengan mencocokan index yang diterima dengan the best match index, apabila tidak berada pada cluster yang sama berarti citra telah dirusak. Skema ini aman, efisien dan robust karena ekstrasi dari skema ini membutuhkan citra original dari citra watermark selain itu partisi codebook akan menjadi secret key. Akan tetapi, biaya yang harus dikeluarkan untuk membuat, mendeteksi dan memverifikasi citra watermark dengan metode ini cukup besar. 2.3 Metode Amplitude Modulation
Gambar 2 Virtual Quantization Cara kerja vector quantization :
Amplitude modulation akan secara multiple memasukkan bit citra watermark ke dalam nilai pixel yang telah dimodifikasi di dalam blue channel. Modifikasi ini sebanding dengan antara luminance dan additive atau subtractive, tergantung pada nilai dari bit. Metode ini tahan terhadap serangan klasik, seperti filtering dan serangan geometrical. Lebih jauh lagi, watermark yang dihasilkan dari metode ini dapat diekstrasi tanpa citra aslinya.
3
Gambar 3 Amplitude Modulation random. Seperti sebelumnya, generator nomor pseudo-random diinisialisasi dengan nilai yang sama dengan secret key k.
Cara kerja amplitude modulation : -
Single bit embedding : anggap s sebagai single bit yang akan ditambahkan pada citra I = {R, G, B} dengan p = (i, j) sebagai posisi pseudo-random di dalam I. Posisi ini tergantung pada secret key K, yang digunakan sebagai tempat untuk generator nomor pseudo-random. s ditambahkan ke dalam blue channel B yang sudah dimodifikasi dengan posisi p dari fraksi luminance L = 0:299R+ 0:587G+ 0:114B sebagai berikut :
Dengan menggunakan density parameter ρ, redundansi kontrol bisa membuat ukuran dari citra bebas. Density ini memberikan probabilitas dari pixel tunggal manapun yang digunakan untuk penambahan. Nilainya berkisar antara 0 dan 1, dimana 0 berarti tidak ada informasi yang ditambahkan, dan 1 berarti informasi ditambahkan di setiap pixel. Jumlah dari pixel yang digunakkan sama dengan ρ kali ditambah dengan jumlah total pixel di dalam citra.
Bi Bij + (2s - 1)Lijq Dimana q adalah konstanta yang mendeterminasi kekuatan dari watermark. -
Single bit retrieval : dalam tujuan untuk mengekstraksi bit yang sudah ditambahkan, prediksi nilai awal dari pixel yang mengandung informasi dibutuhkan. Prediksi didasarkan pada kombinasi linear dari nilai pixel di sekitar nilai p. Fungsi embedding dengan fungsi retrieval tidak simetri, jadi fungsi retrieval bukan merupakan inverse dari fungsi embedding. Meskipun demikian, retrieval yang dihasilkan akan menjadi mirip namun tidak dijamin. Untuk mengurangi kesalahan dalam proses retrieval, bit ditambahkan secara multiple (beberapa kali).
-
Multiple embedding : untuk meningkatkan performa dari retrieval, bit dapat ditambahkan n kali di lokasi yang berbeda. n posisi ini p1, ..., pn ditentukan oleh sekuen pseudo-
-
Extension to an m-bit signature : penambahan pada m-bit signature S = {s0, ..., sm-1} yang terus membuat p1, ..., pn menjadi n posisi yang dapat dipilih untuk penambahan multiple dari bit tunggal. Untuk setiap posisi dari tanda bit dipilih secara acak dan lalu ditambahkan. Diberikan m-2 bit string untuk ditambahkan, 2 bit sudah ditambahkan ke dalam string sebagai form untuk mbit signature. Kedua bit ini selalu diset menjadi 0 atau 1.
3. ePassport 3.1 Penjelasan ePassport merupakan paspor yang mengandung electronic chip, dimana electronic chip tersebut mengandung informasi yang sama dengan yang tertera pada halaman paspor. Di dalam chip juga terdapat foto diri dari pemilik paspor. ePassport dapat dikatakan sangat aman karena didalamnya terdapat berbagai layer dari keamanan
4
yang mencegah dari duplikasi dokumen serta pembuatan dokumen palsu.
Secara umum, keamanan ePassport menggunakan dua lapis keamanan. Hal ini berguna dalam pencegahan pemalsuan dan penggelapan paspor. Kedua lapisan keamanan tersebut adalah : a. Proteksi dari pembacaan data paspor yang tidak semestinya. b. Penguncian data menggunakan public key infrastructure yang menyediakan proteksi terhadapa perubahan data. Proteksi ini merupakan enkripsi digital yang membantu memvalidasi keaslian dari data.
Gambar 4 ePassport Keuntungan dari penggunaan ePassport diantaranya adalah dapat mengidentifikasi wisatawan/turis secara aman, menyediakan proteksi dari pencurian identitas, proteksi privasi dari wisatawan/turis dan menyulitkan bagi perubahan data dari dokumen guna menambah keuntungan. 3.2 Keamanan dari ePassport Keamanan ePassport digunakan untuk menunjukkan apakah paspor yang dibawa adalah asli beserta data-data didalamnya atau telah dirusak/dipalsukan. Selain itu, keamanan dari ePassport juga ditujukan untuk mengetahui apakah pemegang dari paspor tersebut adalah pemilik asli dari paspor tersebut. Keamanan dari ePassport dilakukan pada dua aspek, pertama, originality protection yang didapat dari paper feature dan yang kedua, data protection yang didapat dari biometric feature.
Selain dari ketiga lapisan keamanan yang secara umum sudah digunakan, masing-masing negara yang mengeluarkan ePassport memiliki metode keamanan berbeda. Berikut akan diberikan metode keamanan apa saja yang digunakan oleh USA dan Malaysia dalam mengamankan ePassport. 3.2.1 United ePassport
States
of
America
Electonic chip dari ePassport United
States of America menyimpan gambar dari foto pemilik paspor, data dari paspor, dan personal data dari pemilik paspor selain itu chip masih memiliki kapasitas untuk menyimpan data tambahan apabila suatu saat dibutuhkan seperti identifier biometric, fingerprints atau retina scans. Data yang terdapat didalam chip dapat di-scan oleh manusia dengan tujuan mempercepat proses dari imigrasi. Jadi paspor tidak butuh untuk dimasukkan ke dalam mesin pembaca untuk pembacaan data yang terdapat di dalamnya.
Gambar 5 Detil keamanan ePassport Gambar 6 USA ePassport
5
3.2.2 Malaysian ePassport Malaysia adalah negara pertama yang mengangkat persoalan mengenai ePassport pada tahun 1998 karena sebelumnya sudah terdapat teknologi yang serupa pada kartu identitas di Malaysia, yaitu MyKad. Data biometric yang terdapat pada ePassport Malaysia adalah digital foto yang merupakan foto wajah dari pemilik paspor tersebut selain itu terdapat gambar dari kedua sidik ibu jari pemilik. Untuk tambahan pada data biometric dan informasi personal yang terdapat pada halaman informasi, electronic chip juga mencatat track dari perjalanan pemilik paspor dari sepuluh perjalanan yang terakhir dilakukan dan penyimpanan ini terdapat pada border control points Malaysia. Pembacaan data yang terdapat pada chip harus dilakukan menggunakan mesin pembaca yang terdapat pada kantor imigrasi Malaysia dan negaranegara lain seperti USA dan UK. 4. Penerapan Image Watermarking pada ePassport Pada pembahasan sebelumnya telah disebutkan ketiga metode image watermarking yang akan diperbandingkan mana yang lebih baik untuk diterapkan pada ePassport sebagai digital signature yang dapat memastikan bahwa benar paspor tersebut dikeluarkan oleh negara yang tertulis. Untuk metode yang pertama, spread spectrum memiliki kemudahan di dalam pengimplementasiannya, selain itu keamanan dan robustness-nya juga dapat terjamin. Serangan yang dilakukan terhadap metode ini harus dilakukan secara brute force, karena proses penyebaran dilakukan secara random. serangan brute force ini akan sulit dilakukan mengingat besarnya kemungkinan yang harus dilakukan, sehingga metode ini dapat dikatakan cukup aman. Citra keluaran dari metode ini tidak mengalami penurunan kualitas dari citra aslinya. Untuk metode yang kedua, vector quantization memiliki keunggulan di bidang pengecekan citra keluaran, citra
keluaran dapat dilihat secara langsung oleh manusia, hal ini berkaitan dengan kualitas citra keluaran yang tentunya berbeda dengan citra aslinya. Selain itu, metode ini memudahkan dalam identifikasi kerusakan, dapat dengan mudah mengetahui apakah citra keluaran tersebut telah dirusak atau belum. Metode ini aman dan robust karena untuk mengekstraksi metode ini dibutuhkan citra asli sebelum mengalami watermarking, sehingga akan sulit dilakukan serangan untuk mengembalikan citra yang telah dirusak ataupun mengembalikan ke citra aslinya. Kekurangan dari metode ini adalah biaya untuk implementasi, deteksi dan ekstraksi yang tinggi. Untuk metode yang ketiga, amplitude modulation merupakan metode yang aman dikarenakan bit yang diolah akan diolah berulang, selain itu ekstraksi dengan pengulangan pengolahan bit tersebut juga dipermudah. Selain itu, metode ini juga robust terhadap serangan klasik seperti filtering dan serangan geometric seperti rotate. Digital signature dari sebuah ePassport membutuhkan metode yang tidak terlalu sulit diimplementasikan sehingga watermarking tersebut dapat dikerjakan oleh semua negara, tidak hanya negara dengan teknologi tinggi. Tidak mudah diserang atau diubah, hal ini jelas karena apabila ePassport diserang maka informasi didalamnya akan menjadi stale dan tidak dapat digunakan. Pengubahan yang terjadi dapat diketahui, untuk memastikan apakah informasi yang ada benar atau tidak, selain itu dibutuhkan metode yang menghasilkan citra keluaran yang tidak terlalu berbeda dari citra asli , citra watermark tidak dapat dibaca secara langsung tanpa mesin pembaca, hal ini agar ePassport tidak dapat dibajak dengan peniruan citra dari digital signature tersebut. Oleh karena itu, apabila dilihat dari kelebihan dan kekurangan masing-masing metode, spread spectrum merupakan metode yang paling cocok untuk digunakan untuk melakukan image watermarking sebagai digital signature dari sebuah ePassport. 5. Kesimpulan Image watermarking sebagai salah satu teknologi proteksi terhadap konten digital dalam kajiannya dapat digunakan untuk proses verifikasi kebenaran paspor yang
6
dipegang oleh pemilik. Selain itu, image watermarking ini juga dapat memberi tahu ketika sebuah paspor telah dirusak, dimana kerusakan tersebut dapat meragukan keabsahan dari informasi yang terdapat di dalam paspor tersebut. Metode dari image watermarking yang paling sesuai dengan kebutuhan sebuah ePassport adalah spread spectrum dimana keamanan, kemudahan dan robustnessnya sesuai dengan kebutuhan.
http://adsabs.harvard.edu/abs/1998JEI... ..7..326K. Tanggal akses : 1 April 2009. [9]
Martin, Kutter. Digital Signature of Color Image Using Amplitude Modulation. https://eprints.kfupm.edu.sa/35019/1/35 019.pdf. Tanggal akses : 1 April 2009.
Dalam kaitannya dengan verifikasi tersebut, image watermarking tidak hanya pada aplikasi ePassport namun juga dapat dikembangkan pada aplikasi-aplikasi lainnya.
DAFTAR PUSTAKA [1]
Munir, Rinaldi. 2006. Diktat Kuliah IF3058 Kriptografi.
[2]
Home Office. 2008. Identity and Passport Service. http://www.ips.gov.uk/passport . Tanggal akses 12 Maret 2009.
[3]
Homeland Security. 2008. ePassport. http://www.dhs.gov/ . Tanggal akses 12 Maret 2009.
[4]
Digital watermarking. http://www.cosy.sbg.ac.at. Tanggal akses : 31 Maret 2009.
[5]
Passport. http://www.dfat.gov.au/dept. Tanggal akses : 31 Maret 2009.
[6]
http://www.computerworld.com. Tanggal akses : 31 Maret 2009.
[7]
Sirait, Rummi. Teknologi Watermarking pada Citra Digital. http://jurnal.bl.ac.id/wpcontent/uploads/2007/01/TELTRONv3-n1-artikel4-april2006.pdf. Tanggal akses : 1 April 2009.
[8]
Martin, Kutter and friends. Digital Watermarking of Color Images Using Amplitude Modulation.
7
